Nowa technologia może pomieścić od 10 do 100 razy więcej informacji na jednym urządzeniu i przetwarzać je w jednym miejscu. Nowa pamięć przetwarza dane w podobny sposób jak synapsy w ludzkim mózgu. Cechą pamięci jest przełączanie oporowe, które jest zdolne do ciągłego zakresu stanów, w przeciwieństwie do tradycyjnej pamięci, która ma tylko dwa stany: jeden lub zero.
Prototyp urządzenia na bazie tlenku hafnu, materiału już stosowanego w przemyśle półprzewodnikowym. Technologia została opatentowana przez Cambridge Business Enterprise.
Jednym z potencjalnych rozwiązań problemu nieefektywnej pamięci komputerowej jest nowy typ technologii znany jako pamięć rezystancyjna przełączająca. Konwencjonalne urządzenia pamięci są zdolne do dwóch stanów: jeden lub zero. Jednakże działające urządzenie pamięci rezystancyjnej przełączającej byłoby zdolne do ciągłego zakresu stanów – urządzenia pamięci komputerowej oparte na tej zasadzie byłyby zdolne do znacznie większej gęstości i szybkości.
„Typowa pamięć USB o ciągłym zasięgu mogłaby pomieścić od dziesięciu do stu razy więcej informacji”, powiedział Hellenbrand.
Hellenbrand i jego współpracownicy opracowali prototyp urządzenia na bazie tlenku hafnu, materiału izolacyjnego, który jest już używany w przemyśle półprzewodnikowym. Problem z wykorzystaniem tego materiału w zastosowaniach pamięci rezystancyjnej jest znany jako problem jednorodności. Na poziomie atomowym tlenek hafnu nie ma struktury, a atomy hafnu i tlenu są losowo wymieszane, co utrudnia jego wykorzystanie w zastosowaniach pamięci.
Naukowcy odkryli jednak, że w wyniku dodania baru do cienkich warstw tlenku hafnu, w materiale kompozytowym zaczęły tworzyć się pewne niezwykłe struktury prostopadłe do płaszczyzny tlenku hafnu.
Te pionowe, bogate w bar „mostki” są wysoce ustrukturyzowane i pozwalają na przechodzenie elektronów, podczas gdy otaczający je tlenek hafnu pozostaje nieustrukturyzowany. W miejscu, w którym te mostki spotykają się ze stykami urządzenia, powstaje bariera energetyczna, którą elektrony mogą przekroczyć. Naukowcy byli w stanie kontrolować wysokość tej bariery, co z kolei zmienia rezystancję elektryczną materiału kompozytowego.
„Dzięki temu w materiale mogą istnieć różne stany, w przeciwieństwie do pamięci konwencjonalnej, która ma tylko dwa stany” – powiedziała Hellenbrand.
W przeciwieństwie do innych materiałów kompozytowych, które wymagają kosztownych metod produkcji w wysokiej temperaturze, te kompozyty tlenku hafnu samoczynnie się montują w niskich temperaturach. Materiał kompozytowy wykazał wysoki poziom wydajności i jednorodności, co czyni go wysoce obiecującym dla zastosowań pamięci nowej generacji.
Patent na tę technologię złożyła firma Cambridge Enterprise, jednostka uniwersytetu zajmująca się komercjalizacją.
„To, co naprawdę ekscytuje w tych materiałach, to fakt, że mogą działać jak synapsa w mózgu: mogą przechowywać i przetwarzać informacje w tym samym miejscu, tak jak nasz mózg, co czyni je niezwykle obiecującymi dla szybko rozwijających się dziedzin sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego” – powiedziała Hellenbrand.
Naukowcy współpracują obecnie z przemysłem, aby przeprowadzić szersze badania wykonalności materiałów, aby lepiej zrozumieć, jak powstają struktury o wysokiej wydajności. Ponieważ tlenek hafnu jest materiałem już stosowanym w przemyśle półprzewodników, naukowcy twierdzą, że nie byłoby trudno zintegrować go z istniejącymi procesami produkcyjnymi.
Badania były częściowo finansowane przez amerykańską Narodową Fundację Naukową oraz Radę ds. Badań Naukowych i Inżynieryjnych (EPSRC), będącą częścią brytyjskiej Agencji ds. Badań i Innowacji (UKRI).